(57)【要約】【課題】回転子の製造が容易で、回転子に発生する損失が少なく、かつ信頼性も高い回転電機の回転子を提供する。【解決手段】回転電機の回転子は、回転軸回りに回転可能な回転子シャフト２と、回転子シャフト２の外周側に取り付けられる回転子鉄心４と、回転子鉄心４内の周方向に沿って所定間隔で配置される複数の回転子スロット５と、複数の回転子スロット間に配置され、回転軸の径方向に径が段階的に変化するように回転子鉄心内に積層される複数の磁性鋼板３と、回転子スロット内に挿入される複数の界磁導体からなる界磁コイル７と、回転子スロット５の外周側端部に接続され、界磁コイル７を保持する回転子楔６と、径が段階的に変化する複数の磁性鋼板３のうち、径が異なる隣接した２つの磁性鋼板の間にそれぞれ配置されるスペーサ８と、複数の磁性鋼板を、間にスペーサを挟んだ状態で、回転軸の方向に締め付けて固定する固定部材９と、を備える。【選択図】図１
2013183535.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸回りに回転可能な回転子シャフトと、
前記回転子シャフトの外周側に取り付けられる回転子鉄心と、
前記回転軸の径方向に内径が段階的に変化するように前記回転子鉄心内に積層される複数の磁性鋼板と、
前記複数の磁性鋼板のそれぞれの周方向に沿って所定間隔で配置される複数の回転子スロットと、
前記回転子スロット内に挿入される複数の界磁導体からなる界磁コイルと、
前記回転子スロットの外周側端部に接続され、前記界磁コイルを保持する回転子楔と、
内径が段階的に変化する前記複数の磁性鋼板のうち、内径が異なる隣接した２つの磁性鋼板の間にそれぞれ配置されるスペーサと、
前記複数の磁性鋼板を、間に前記スペーサを挟んだ状態で、前記回転軸の方向に締め付けて固定する固定部材と、を備えることを特徴とする回転電機の回転子。
【請求項２】
前記回転子シャフトは、前記回転子鉄心の外径サイズが前記回転軸の方向に略一定になるように、前記複数の磁性鋼板の段階的な内径の変化に対応して、段階的に変化する外径を有することを特徴とする請求項１に記載の回転子。
【請求項３】
前記回転子シャフトに最初に取り付けられる前記磁性鋼板の内径は最大であり、かつ、段階的に内径が小さくなる前記磁性鋼板が順次前記回転子シャフトに取り付けられて前記回転子鉄心が構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の回転子。
【請求項４】
前記固定部材は、前記複数の磁性鋼板を前記回転軸の方向に貫通する貫通ボルトと、この貫通ボルトに嵌合される端部ナットとを有し、
前記貫通ボルトよりも前記回転軸の径方向外側に通風ダクトを備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の回転子。
【請求項５】
前記固定部材は、前記貫通ボルトよりも前記回転子シャフトに近い側に配置され、内径が等しい前記磁性鋼板のすべてを前記回転子シャフトの周縁部で支持するシャフトナットを有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の回転子。
【請求項６】
前記複数の磁性鋼板の外周部に取り付けられ、前記界磁コイルを保持する保持環を備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の回転子。
【請求項７】
前記複数の磁性鋼板は、前記回転軸回りの内径がそれぞれ異なる複数の積層鉄心ブロックを有し、
前記スペーサは、前記回転軸の方向に隣接配置される２つの前記積層鉄心ブロックの間に配置されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の回転子。
【請求項８】
前記複数の積層鉄心ブロックのそれぞれと、前記回転子シャフトの外周部との間に空隙部が設けられることを特徴とする請求項７に記載の回転子。
【請求項９】
前記回転軸の方向に隣接配置される２つの前記積層鉄心ブロックの間に配置され、前記回転軸の方向に沿って延在される通風孔を有するシャフトナットを備え、
前記通風孔および前記空隙部は連通していることを特徴とする請求項８に記載の回転子。
【請求項１０】
前記複数の積層鉄心ブロックのうち、内径の大きい積層鉄心ブロックほど、積層される前記磁性鋼板の数を多くすることを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載の回転子。
【請求項１１】
前記複数の積層鉄心ブロックのうち、内径の大きい積層鉄心ブロックから順に前記回転子シャフトに取り付けられることを特徴とする請求項７乃至１０のいずれかに記載の回転子。
【請求項１２】
前記回転子シャフトに最初に取り付けられ、最大の内径を有する前記磁性鋼板に取り付けられる端板を備え、この端板は、前記回転子シャフトに一体成形されることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の回転子。
【請求項１３】
前記端板に一体成形され、前記界磁コイルが遠心力で前記回転軸の径方向にはみ出さないように前記界磁コイルを保持する端部保持環を備えることを特徴とする請求項１２に記載の回転子。
【請求項１４】
積層された前記複数の磁性鋼板は、磁極部にポールスロットを設けた第１の磁性鋼板と、磁極部にポールスロットを設けない第２の磁性鋼板とを有し、
前記第１の磁性鋼板は、前記第２の磁性鋼板の１枚ごとまたは複数枚ごとに配置されて積層されることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれかに記載の回転子。
【請求項１５】
回転軸回りに回転可能な回転子と、
前記回転子の外周側にエアギャップを間に挟んで配置される固定子鉄心と、
前記固定子鉄心の内部に挿入される電機子巻線と、
前記電機子巻線から前記固定子鉄心の前記回転軸方向の端部外側に伸びる端部巻線と、を備えた回転電機において、
前記回転子は、
回転軸回りに回転可能な回転子シャフトと、
前記回転子シャフトの外周側に取り付けられる回転子鉄心と、
前記回転軸方向に内径が段階的に変化するように前記回転子鉄心内に積層される複数の磁性鋼板と、
前記複数の磁性鋼板のそれぞれの周方向に沿って所定間隔で配置される複数の回転子スロットと、
前記回転子スロット内に挿入される複数の界磁導体からなる界磁コイルと、
前記回転子スロットの外周側端部に接続され、前記界磁コイルを保持する回転子楔と、
内径が段階的に変化する前記複数の磁性鋼板のうち、内径が異なる隣接した２つの磁性鋼板の間にそれぞれ配置されるスペーサと、
前記複数の磁性鋼板を、間に前記スペーサを挟んだ状態で、前記回転軸の方向に締め付けて固定する固定部材と、を有することを特徴とする回転電機。
【請求項１６】
回転軸回りに回転可能な回転子シャフトに端板を取り付ける工程と、
前記回転子シャフトの前記端板に近い側から前記回転軸方向に、内径が大きい順に複数の磁性鋼板を順に取り付けて、前記回転軸の径方向に内径が段階的に変化する回転子鉄心を作製する工程と、
前記端板に近い側から、界磁コイルを、前記複数の磁性鋼板の間に設けられる回転子スロットに挿入する工程と、を備えることを特徴とする回転電機の回転子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、積層された磁性鋼板を有する回転電機の回転子およびその製造方法、および回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
火力や原子力用の大容量同期発電機では、回転子は、機械強度を持たせるために塊状鉄心の回転子が用いられ、回転軸となる回転子シャフトも同一の鋼塊で形成されるのが一般的である。回転子鉄心は磁極部と非磁極部を有する。非磁極部には回転子の周方向に等間隔に複数個の巻線挿入用回転子スロットが設けられ、このスロット間にはティースが設けられ、回転子スロットに界磁コイルが収納される。界磁コイルは複数の界磁導体を径方向に積層したものであり、界磁導体と回転子シャフトとの間にはスロット絶縁、界磁コイルと回転子楔の間には絶縁ブロックが設けられて、界磁コイルとアース電位となる回転子鉄心および回転子楔との間との絶縁を確保している。
【０００３】
固定子側で生じる高調波磁界による渦電流損失を低減するために、回転子楔と絶縁ブロックの間に、スロットダンパが設けられる場合もある。
【０００４】
また、回転子スロットの内側端部には、軸方向の通気通路であるサブスロットが設けられ、界磁コイルと回転子楔の半径方向にも通気通路としての孔が設けられ、サブスロットから供給される冷却冷媒によって界磁コイルでジュール発熱によって発生する熱を冷却する場合もある。
【０００５】
塊状鉄心から成る回転電機の回転子シャフトには、界磁コイルを収めるための溝状のスロットが設けられる。通常、スロット加工は円筒状の鉄塊の削りだしによって行うため、回転子の作製に多大な労力と時間を要していた。また、塊状鉄心には通常、鍛造鉄材が用いられるため、鉄心の磁気特性としては、固定子に用いられる電磁鋼板に比べて劣っており、界磁電流の増加により、界磁銅損が増加して、局所的な温度上昇や効率悪化の要因になることがある。また、塊状鉄心は、逆相電流などにより、非同期成分の磁束が入射すると、回転子表面に生じる渦電流損によって効率が悪化する場合がある。
【０００６】
これに対して、小型のモータや小容量あるいは低回転速度の発電機では、回転子鉄心を積層鋼板で構成する場合があり、この場合、鋼板の打ち抜きによってスロットを形成でき、鉄心の磁気特性の良い材料を用いることも容易である。
【０００７】
積層鋼板を用いて回転子を形成する方法としては、焼嵌によって回転子鉄心を回転軸に組み付ける方法や、積層した磁性鋼板の軸方向両端に固定されるエンドカラーに凹凸部を設けて、これらの凹凸部を係合することで、長尺の回転子を形成する方法が示されている。
【０００８】
しかしながら、これらの方法においても、前述の大容量同期発電機の回転子鉄心は、回転子の外径が大きい、軸長が長い、あるいは回転速度が速いなどの理由により、軸系の危険速度や、回転体に働く応力の問題から、十分強固に積層鋼板を固定し、コイルを保持することは困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−５０５４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、回転子の製造が容易で、回転子に発生する損失が少なく、かつ信頼性も高い回転電機の回転子を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本実施形態によれば、回転軸回りに回転可能な回転子シャフトと、
前記回転子シャフトの外周側に取り付けられる回転子鉄心と、
前記回転軸の径方向に内径が段階的に変化するように前記回転子鉄心内に積層される複数の磁性鋼板と、
前記複数の磁性鋼板のそれぞれの周方向に沿って所定間隔で配置される複数の回転子スロットと、
前記回転子スロット内に挿入される複数の界磁導体からなる界磁コイルと、
前記回転子スロットの外周側端部に接続され、前記界磁コイルを保持する回転子楔と、
内径が段階的に変化する前記複数の磁性鋼板のうち、内径が異なる隣接した２つの磁性鋼板の間にそれぞれ配置されるスペーサと、
前記複数の磁性鋼板を、間に前記スペーサを挟んだ状態で、前記回転軸の方向に締め付けて固定する固定部材と、を備えることを特徴とする回転電機の回転子が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態に係る回転電機の回転子１の軸断面図。
【図２】図１の回転子１のＡ−Ａ線断面図。
【図３】図１の回転子１のＢ−Ｂ線断面図。
【図４】図２の変形例を示す図１の回転子１のＡ−Ａ線断面図。
【図５】図１の回転子１を内蔵する回転電機３０の軸断面図。
【図６】第２の実施形態に係る回転電機３０の回転子１の軸断面図。
【図７】図６のＡ−Ａ線断面図。
【図８】磁性鋼板３の磁極部２１にポールスロット２５を設けた例を示すＡ−Ａ線断面図。
【図９】第３の実施形態に係る回転電機３０の回転子１の軸断面図。
【図１０】図９のＡ−Ａ線断面図。
【図１１】（ａ）は積層鉄心ブロック４２の断面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図。
【図１２】第４の実施形態に係る回転電機３０の回転子１の軸断面図。
【図１３】図１２のＢ−Ｂ線断面図。
【図１４】第５の実施形態に係る回転電機３０の回転子１の軸断面図。
【図１５】第５の実施形態の一変形例に係る回転電機３０の回転子１の軸断面図。
【図１６】左端側の端板１０を回転子シャフト２に一体成形した回転子１の軸断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【００１４】
（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態に係る回転電機の回転子１の軸断面図、図２は図１の回転子１のＡ−Ａ線断面図、図３は図１の回転子１のＢ−Ｂ線断面図である。
【００１５】
本実施形態の回転子１は、図１に示すように、回転軸Ｚ回りに回転可能な回転子シャフト２と、回転子シャフト２の外周側に取り付けられる複数の磁性鋼板３からなる回転子鉄心４と、回転子鉄心４の内部に設けられる複数の回転子スロット５と、回転子スロット５に取り付けられる回転子楔６と、回転子スロット５内に挿入される界磁コイル７と、内径の異なる磁性鋼板３の間に配置されるスペーサ８と、内径が同じ複数の磁性鋼板３同士を固定する固定部材９と、回転子鉄心４の回転軸Ｚ方向の両端に設けられる端板１０，１１と、端板１０，１１にそれぞれ接合される端部保持環１２，１３とを備えており、これらは、回転子シャフト２の回転軸Ｚ回りに一体的に回転する。
【００１６】
回転子シャフト２は、回転軸Ｚ方向に外径が段階的に変化しており、図１の左から右に向かって段階的に外径が小さくなっている。
【００１７】
図２に示すように、複数の回転子スロット５は、回転子シャフト２の周縁部に沿って所定間隔で配置されている。回転子鉄心４は、回転子シャフト２を取り囲むように回転子シャフト２と同心状に配置され、回転子鉄心４の内径は、回転軸Ｚ方向に段階的に変化している。より詳細には、回転子鉄心４は、段階的に内径が変化する複数の磁性鋼板３で構成されており、これら磁性鋼板３には回転子スロット５を嵌装する孔が形成されている。
【００１８】
回転子スロット５に挿入される界磁コイル７は、コの字型の形状であり、例えば回転子鉄心４の左端の端板１０側から挿入されて、右側端部で折り返されて、次のターンの界磁コイル７に接合される。このように、界磁コイル７は、各ターンごとに、回転子鉄心４の左端と右端から交互に回転子スロット５に挿入されて、回転子シャフト２の軸方向に延在される。
【００１９】
図１では、回転子鉄心４の左端側から右端側にかけての磁性鋼板３の内径を、順にＲ１、Ｒ２、…、Ｒ６としている。これらは、Ｒ１＞Ｒ２＞…＞Ｒ６の関係にあり、左端側から右端側にかけて、磁性鋼板３の内径が段階的に小さくなっている。このように、回転子鉄心４を構成する複数の磁性鋼板３の内径は、図１の左側から右側にかけて、段階的に小さくなっている。各段ごとに複数の磁性鋼板３が設けられ、同じ段に属する複数の磁性鋼板３の内径はいずれも同じである。また、磁性鋼板３の外径は、各段ともに共通である。したがって、磁性鋼板３の内径から外径までの径方向の幅は、回転子鉄心４の左端側から右端側にかけて段階的に大きくなっている。
【００２０】
隣接する２つの段間にはスペーサ８が配置されている。スペーサ８よりも内径側には、回転子シャフト２の周縁部に設けたシャフトネジ山１４に嵌合するシャフトナット１５が配置され、このシャフトナット１５により、対応する段に属する各磁性鋼板３の内径部を締め付けている。また、スペーサ８よりも外径側には通風ダクト１６が設けられており、磁性鋼板３の熱を外部に逃がせるようにしている。このシャフトナット１５は、固定部材９の一部を構成する。
【００２１】
スペーサ８は、図３に示すように、回転子スロット５間に配置されて、径方向に延在している。
【００２２】
本実施形態では、回転子鉄心４の各段の内径に合わせて、回転子シャフト２の外径を段階的に変化させることにより、組み上がった回転子鉄心４の外径が常に一定になるようにしている。
【００２３】
回転子鉄心４の各段の各磁性鋼板３には同じ径位置に貫通孔が設けられており、この貫通孔に貫通ボルト１７を貫通させて、すべての磁性鋼板３を固定している。より詳細には、貫通ボルト１７の先端部を、図１に示すように回転子鉄心４の端部に配置される端板１０，１１まで貫通させて、端部ナット１８により固定している。この端板１０，１１は、回転子シャフト２に取り付けられているため、結果として、各磁性鋼板３は、貫通ボルト１７と端部ナット１８により、回転子シャフト２に堅固に固定される。
【００２４】
貫通ボルト１７は、図１に示すように、磁性鋼板３の同一の径方向に１つまたは複数設けられるか、あるいは異なる径方向に１つまたは複数設けられる。各径ごとに複数の貫通ボルト１７が設けられる場合は、図２に示すように、各貫通ボルト１７は周方向に所定間隔で配置される。これら貫通ボルト１７と端部ナット１８は、固定部材９の一部を構成する。このように、貫通ボルト１７は、磁性鋼板３に対して１つだけ設けられてもよい。
【００２５】
磁性鋼板３には、周方向に所定間隔で複数の冷却孔１９が設けられている。これら冷却孔１９は、貫通ボルト１７用の貫通孔と同様に、磁性鋼板３の軸方向に共通した位置に設けられており、冷却孔１９を通して、回転子１を冷却するための冷媒ガスを流すことで、上述した通風ダクト１６とともに、冷媒ガスの通風路を形成している。
【００２６】
図１の左端側の端板１０は、界磁コイル７が遠心力で外周側にはみ出さないように界磁コイル７を保持する端部保持環１２と一体成形されており、この端板１０は回転子鉄心４を取り付ける前に回転子シャフト２に取り付けられる。図１の右端側の端部保持環１３は、界磁コイル７を回転子鉄心４に取り付けた後に、焼き嵌め等により端板１１に嵌合される。
【００２７】
図２に示すように、回転子鉄心４には磁極部２１と非磁極部２２が設けられている。非磁極部２２には、所定間隔で複数の回転子スロット５が設けられ、これら回転子スロット５の間には、ティース２３が形成されている。回転子スロット５には、上述したようにコの字状の界磁導体からなる界磁コイル７が挿入され、界磁コイル７の外径側には絶縁ブロック２４を介して回転子楔６が配置されている。
【００２８】
図２では、貫通ボルト１７を絶縁ブロック２４よりも内径側に配置する例を示したが、貫通ボルト１７をより外径側に配置すれば、非磁極部２２での磁束の漏れを低減できる。
【００２９】
上述したように、各磁性鋼板３の内径側は、シャフトナット１５により締め付けられている。図３では、シャフトナット１５が六角形状の例を示しているが、多角形であればよく、シャフトナット１５の角数は締め付けのしやすさ等を考慮に入れて決定すればよい。
【００３０】
図４は図２の変形例を示す図１の回転子１のＡ−Ａ線断面図である。図４の磁性鋼板３は、磁極部２１の位置に円弧状のポールスロット２５を設けている。このポールスロット２５は、磁性鋼板３に形成された円弧状の切り欠き部である。
【００３１】
磁極部２１にポールスロット２５を設けることにより、周方向で非磁極部２２との剛性の不均一を低減することができる。より安定な回転を得るには、回転軸Ｚ方向に所定間隔ごとにポールスロット２５を有する磁性鋼板３を配置するのが望ましいが、本実施形態では、ポールスロット２５を有する磁性鋼板３とポールスロット２５なしの磁性鋼板３とを交互に、あるいはポールスロット２５なしの磁性鋼板３の複数枚に１枚の割合でポールスロット２５を有する磁性鋼板３を配置することで、ポールスロット２５を有する磁性鋼板３を連続的に配置する場合と比べて、磁気的な不均一性を緩和している。
【００３２】
次に、本実施形態に係る回転子１の組立手順について説明する。まず、回転子シャフト２に図１の左端側の端板１０を取り付けて、この端板１０に内径が最大の磁性鋼板３を取り付ける。そして、同じ内径サイズの磁性鋼板３を複数枚順に積層させて、シャフトナット１５により磁性鋼板３と端板１０とを締め付ける。
【００３３】
次に、スペーサ８を配置し、その後、次に内径が大きい複数の磁性鋼板３を積層させて、同様にして、シャフトナット１５により締め付ける。このように、スペーサ８は、シャフトナット１５を取り付ける前に、磁性鋼板３に取り付けてもよい。
【００３４】
以降、同様の作業を繰り返して、すべての磁性鋼板３を、内径の大きい順に回転子シャフト２に取り付ける。内径の大きい順に磁性鋼板３を取り付ける理由は、磁性鋼板３を取り付ける際には、図１の右側から左側まで移動させて回転子シャフト２に取り付けなければならず、内径が小さい磁性鋼板３ほど重量が重いことから、内径の小さい磁性鋼板３を右側から左端近くまで移動させる作業は大変であり、作業性を向上させるには、内径が大きくて重量の軽い磁性鋼板３から順に左側に配置するのが望ましいためである。
【００３５】
すべての磁性鋼板３の回転子シャフト２への取付が終わると、すべての磁性鋼板３の貫通孔に貫通ボルト１７を貫通させて、端部ナット１８で締め付ける。これにより、すべての磁性鋼板３が回転子シャフト２に堅固に固定される。
【００３６】
次に、コの字状の界磁コイル７を、左端側から回転子スロット５に挿入して、右端側で界磁コイル７を折り返して、次のターンの界磁コイル７に接合する。この作業を各ターンの界磁コイル７について行う。以上により、図１に示す回転子１が完成する。
【００３７】
図５は図１の回転子１を内蔵する回転電機３０の軸断面図である。図５の回転電機３０は、図１に示した回転子１と、この回転子１の回転子鉄心４の外周側にエアギャップ３１を間に挟んで配置される固定子鉄心３２と、固定子鉄心３２の内部に挿入される電機子巻線３３と、電機子巻線３３から固定子鉄心３２の端部外側に伸びる端部巻線３４と、固定子鉄心３２の外周側に配置されるクーラ３５と、回転子シャフト２に取り付けられた回転子ファン３６とを有する。
【００３８】
図５では、回転子１を簡略化して描いているが、実際には、図１に示すように、段階的に内径が変化する複数の磁性鋼板３で構成されている。
【００３９】
図５の矢印は、回転電機３０内部の空気の流れを示している。回転子１の界磁コイル７と固定子の電機子巻線３３には、大電流が流れることから、回転子鉄心４と固定子鉄心３２にはかなりの熱が発生する。そこで、図５に示すように、固定子鉄心３２に、軸方向に交互に給気セクション３７と排気セクション３８を設けて、クーラ３５で冷却した空気がエアギャップ３１と給気セクション３７を通って流れるようにし、また、暖気は排気セクション３８からクーラ３５に流れ込んで冷気を生成するようにしている。
【００４０】
このように、第１の実施形態では、それぞれ内径の異なる複数の磁性鋼板３を複数個ずつ用意し、これら磁性鋼板３を内径の大きい順に回転子シャフト２に取り付けるようにしたため、内径の小さい磁性鋼板３を先に回転子シャフト２に取り付ける場合と比べて、作業性がよくなる。
【００４１】
また、各磁性鋼板３は、その内径側ではシャフトナット１５により締め付け、外径側では、貫通ボルト１７により各磁性鋼板３を締め付けられるため、すべての磁性鋼板３をより安定かつ堅固に回転子シャフト２に固定できる。
【００４２】
さらに、本実施形態では、回転子鉄心４を、積層された複数の磁性鋼板３で構成するため、一般に磁気特性の良好な珪素鋼板等の電磁鋼板を用いることができることから、塊状鋼板を用いる場合と比べて、界磁銅損を低減でき、かつ固定子側からの非同期成分の磁束が入射された場合の固定子表面に生じる渦電流損を低減することができる。また、界磁銅損や渦電流損の低減により、局所的な温度上昇を抑制でき、機器効率をより向上できる。
【００４３】
また、本実施形態では、磁性鋼板３を順に並べて固定するだけで回転子鉄心４を製造できるため、回転子１の製作に係る労力や時間を削減できる。
【００４４】
（第２の実施形態）
第２の実施形態は、磁性鋼板３の外周部に保持環４１を設けたことを特徴とする。
【００４５】
図６は第２の実施形態に係る回転電機３０の回転子１の軸断面図、図７は図６のＡ−Ａ線断面図である。これらの図では、第１の実施形態と同じ構成部分には同一符号を付しており、以下では相違点を中心に説明する。
【００４６】
本実施形態に係る回転子１は、図６および図７に示すように、各磁性鋼板３の外周部に保持環４１を取り付けている。この保持環４１は、界磁コイル７が遠心力で外周側にはみ出さないように、界磁コイル７を保持するためのものである。保持環４１は、同じ内径の複数の磁性鋼板３に対して、一つずつ設けられている。保持環４１は、同じ内径の複数の磁性鋼板３の外周部にはめ込むように取り付けられ、例えば焼き嵌めにより磁性鋼板３に固定される。
【００４７】
図８は図７の変形例であり、図４と同様に、磁性鋼板３の磁極部２１にポールスロット２５を設けた例を示している。本実施形態では、磁性鋼板３の外周部に保持環４１を取り付けているため、ポールスロット２５を切り欠き部にする代わりに、ポールスロット２５を絶縁板等で構成することにより、回転子鉄心４としての剛性をより高めることができる。
【００４８】
このように、第２の実施形態では、磁性鋼板３の外周部に保持環４１を設けるため、界磁コイル７が遠心力を受けても外周側にはみ出さなくなり、回転電機３０の回転子１の回転動作時における信頼性を向上できる。
【００４９】
（第３の実施形態）
第３の実施形態は、同じ内径サイズの複数の磁性鋼板３をモジュール化した積層鉄心ブロック４２を設けたことを特徴とする。
【００５０】
図９は第３の実施形態に係る回転電機３０の回転子１の軸断面図、図１０は図９のＡ−Ａ線断面図である。
【００５１】
本実施形態では、同じ内径サイズの複数の磁性鋼板３をモジュール化した積層鉄心ブロック４２を、異なる内径サイズごとに複数設けている。積層鉄心ブロック４２を構成する複数の磁性鋼板３は、各磁性鋼板３を貫通するブロックボルト４３とブロックナット４４により組み付けられている。
【００５２】
図９では、内径サイズの大きい順に、６種類の積層鉄心ブロック４２を回転軸Ｚの方向に順にシャフトナット１５で締め付けて、最後に貫通ボルト１７と端部ナット１８ですべての積層鉄心ブロック４２を回転子シャフト２に固定させて、回転子１を作製する例を示している。
【００５３】
積層鉄心ブロック４２の外周部には、保持環４１が取り付けられているが、保持環４１は必須ではないため、省略してもよい。
【００５４】
積層鉄心ブロック４２は、回転子シャフト２に取り付ける前に、予め用意しておくことができるため、回転子１を製造する際には、回転子シャフト２に、内径の大きい積層鉄心ブロック４２から順に取り付ければよく、第１および第２の実施形態のように、磁性鋼板３を１枚ずつ取り付ける場合と比べて、作業性が向上する。
【００５５】
図１１（ａ）は積層鉄心ブロック４２の断面図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。これらの図に示すように、積層鉄心ブロック４２の外径側には、ブロックボルト４３を挿入するための孔４７が同一周方向に所定間隔で形成されている。隣接する孔４７の間には、回転子スロット５が配置されている。
【００５６】
積層鉄心ブロック４２は、図１１（ｂ）に示すように、同じ内径サイズの複数の磁性鋼板３を積層してブロックボルト４３とブロックナット４４で組み付けたものである。積層鉄心ブロック４２は、回転子シャフト２に挿入されるため、内周側は開口されている。積層鉄心ブロック４２の内径は、積層鉄心ブロック４２ごとに異なっており、図９の例では、内径が大きい積層鉄心ブロック４２から順に回転子シャフト２に挿入されて、シャフトナット１５で締め付けられる。
【００５７】
積層鉄心ブロック４２の外径サイズは、いずれの積層鉄心ブロック４２でも同じである。このため、図９に示すように、積層鉄心ブロック４２の外周面は、略面一になる。  このように、積層鉄心ブロック４２は、外径サイズを共通にしつつ、内径サイズを回転子シャフト２の外径に合わせて変化させたものである。このような積層鉄心ブロック４２を予め用意しておけば、必要な数分の積層鉄心ブロック４２を回転子シャフト２に順に挿入することで、容易に回転子１を作製できる。
【００５８】
なお、積層鉄心ブロック４２を構成する複数の磁性鋼板３の枚数には特に制限はなく、内径の異なる複数の積層鉄心ブロック４２の磁性鋼板３の枚数は同じでもよいし、異なっていてもよい。
【００５９】
このように、第３の実施形態では、積層鉄心ブロック４２を回転子１の作製とは別個に作製できるため、事前に積層鉄心ブロック４２を用意しておいたり、あるいは、回転子１の作製と、積層鉄心ブロック４２の作製と、積層鉄心ブロック４２同士の組み付けとを並行して行うことにより、回転子１の作製時間を短縮できる。
【００６０】
また、回転子１の作製に必要な各種ボルトやスロットの位置合わせ等の組立時の調整を積層鉄心ブロック４２ごとに行うことができ、より精度の高い寸法管理が可能となり、回転電機３０としての信頼性を向上できる。
【００６１】
さらに、積層鉄心ブロック４２単位で部材を管理できるため、分解や交換といった保守作業が容易になり、保守性が向上する。
【００６２】
（第４の実施形態）
第４の実施形態は、回転子鉄心４と回転子シャフト２との間に空隙部４５を設けたことを特徴とする。
【００６３】
図１２は第４の実施形態に係る回転電機３０の回転子１の軸断面図、図１３は図１２のＢ−Ｂ線断面図である。
【００６４】
本実施形態では、図１２に示すように段階的に内径サイズが変化する回転子鉄心４の内周部と回転子シャフト２との間に空隙部４５を設けるとともに、図１３に示すようにシャフトナット１５に周方向に所定間隔で複数の通風孔４６を設け、かつ図１２に示すように端板１１にもシャフトナット１５の通風孔４６の位置に合わせて通風孔４８を設けている。これら通風孔４６と空隙部４５は回転軸Ｚの方向につながっているため、軸方向に冷却ガスを流して、回転子１を冷却することができる。
【００６５】
図１２の回転子鉄心４は、第３の実施形態と同様に、積層鉄心ブロック４２を用いて作製してもよい。その場合、各積層鉄心ブロック４２の内周部と回転子シャフト２の間に空隙部４５を設けて、シャフトナット１５の通風孔４６と位置合わせして取り付ければよい。
【００６６】
このように、第４の実施形態では、回転子鉄心４と回転子シャフト２の間に空隙部４５を設けるとともに、この空隙部４５と軸方向につながるように、シャフトナット１５と端板１０にそれぞれ通風孔４６，４８を設けるため、通風孔４６，４８と空隙部４５を通して軸方向に冷却ガスを流すことで、回転子１の局所的な温度上昇を抑制でき、回転電機３０の回転子１の回転動作が熱による影響を受けにくくなり、より信頼性が向上する。
【００６７】
（第５の実施形態）
第５の実施形態は、積層鉄心ブロック４２内の磁性鋼板３の数を、積層鉄心ブロック４２ごとに変えることを特徴とする。
【００６８】
図１４は第５の実施形態に係る回転電機３０の回転子１の軸断面図である。図１４の回転子１は、回転軸Ｚの軸方向に、それぞれ内径サイズが異なる６つの積層鉄心ブロック４２を、内径が大きい順に配置し、内径の大きな積層鉄心ブロック４２ほど、磁性鋼板３の積層数を多くして、軸方向の長さを長くしている。
【００６９】
回転子鉄心４の内径サイズが大きいほど磁気抵抗が大きくなるが、界磁コイル７を流れる界磁電流は、軸方向で一定であるため、内径サイズの違いにより、軸方向の磁束密度が不均一になる。磁束密度が軸方向で不均一になると、固定子側の鉄損等の損失分布や電磁力も不均一になり、軸方向の熱変形の偏りや振動の原因になるおそれがある。
【００７０】
このため、本実施形態では、回転子鉄心４の内径サイズが大きいほど、積層鉄心ブロック４２の積層数を増やす（積厚を厚くする）ことで、磁気抵抗の違いを相殺して、軸方向の不均一を緩和する。
【００７１】
図１５は第５の実施形態の一変形例に係る回転電機３０の回転子１の軸断面図である。図１４では、界磁コイル７を回転子楔６で保持していたが、図１５では各積層鉄心ブロック４２の外周部に保持環４１を設けて、保持環４１によって界磁コイル７を保持する。
【００７２】
このように、第５の実施形態では、内径サイズに応じて、積層鉄心ブロック４２内の磁性鋼板３の積層数を変化させるため、軸方向の磁束密度が不均一になることを防止でき、回転動作が安定化し、振動も起きにくくなる。
【００７３】
上述した第１〜第５の実施形態は、任意に組み合わせることが可能である。例えば、図１４や図１５には、回転子鉄心４の内周側に空隙部４５を設けているが、この空隙部４５は省略してもよい。
【００７４】
また、図１の左端側の端板１０は、回転子シャフト２に一体成形されてもよい。この場合の軸方向断面図は図１６のようになる。図１６は、図１と比較して、左端側の端板１０が回転子シャフト２に一体成形されている点のみが異なっている。端板１０を回転子シャフト２に一体成形することで、部材の数を減らすことができ、製造時の作業性が向上する。
【００７５】
本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。
【符号の説明】
【００７６】
１  回転子、２  回転子シャフト、３  磁性鋼板、４  回転子鉄心、５  回転子スロット、６  回転子楔、７  界磁コイル、８  スペーサ、９  固定部材、１０，１１  端板、１２，１３  端部保持環、１５  シャフトナット、１６  通風ダクト、１７  貫通ボルト、１８  端部ナット、１９  冷却孔、２１  磁極部、２２  非磁極部、２３  ティース、２４  絶縁ブロック、２５  ポールスロット、３０  回転電機、３１  エアギャップ、３２  固定子鉄心、３３  電機子巻線、３４  端部巻線、３５  クーラ、３６  回転子ファン、４１  保持環、４２  積層鉄心ブロック
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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